شبيه سازي عددي سه بعدي رفتار قطره و عكس العمل قطره و ديوار در ميدان الكتريكي

Three Dimensional Numerical Simulation of a dro‎p and dro‎p-to-Wall Interaction under Uniform Electric Field

در اين پژوهش، رفتار قطره و نيز عكس العمل قطره و ديوار در ميدان الكتريكي يكنواخت خارجي به صورت كاملا سه بعدي شبيه سازي شده است. ميدان الكتريكي با اعمال اختلاف پتانسيل ايجاد و سپس با استفاده از مدل نشت عايق تيلور، نيروي الكتريكي ناشي از اين ميدان، محاسبه و به معادلات نوير-استوكس اضافه شده است. اين نيرو، بسته به خصوصيات الكتريكي قطره و سيال پيرامون، باعث تغيير شكل آن به صورت آبليت (راستاي عمود بر ميدان الكتريكي) و يا پروليت (در راستاي ميدان الكتريكي) و همچنين ايجاد جريان هاي القايي داخل و خارج قطره مي‌شود. ابتدا تغيير شكل يك قطره‌ي تنها در ميدان الكتريكي شبيه سازي و نتيجه با نتايج تجربي موجود، مقايسه و صحت سنجي شده است. سپس رفتار قطره در ميدان الكتريكي از نظر نوع تغيير شكل و نوع جريان‌هاي القايي بررسي شده است. عكس العمل قطره و ديوار، براي قطره‌هاي آبليت و پروليت مورد بررسي قرار گرفته است. اثر عدد مويينگي الكتريكي بر چگونگي عكس العمل قطره و ديوار و نيز حالت نهايي آنها، مطالعه شده است. هم قطرات آبليت و هم پروليت به ديوار جذب مي‌شوند. افزايش عدد مويينگي الكتريكي اين اثر را تقويت مي‌كند و تحت شرايطي مي‌تواند باعث اعوجاج سطوح قطرات نيز بشود.

The behavior of a drop and drop-to-wall interaction under a uniform electric field is studied by numerical simulations in three dimensions. The electric field is created by imposing an electric-potential difference. The Taylor Leaky Dielectric Model, is used to compute electric force. This force is added to Navier-Stokes equations as a body force. The drop can obtain an Oblate shape (deformation perpendicular to direction of electric field) or a Prolate shape (deformation in the direction of electric field) depending on the electric properties of drop and ambient fluid. It found that the deformation of the drop is in agreement with experimental results finding in literature. The interaction of the drop with the existing walls of the channel is investigated for both Oblate and Prolate drops. This is done at various capillary numbers. Attraction of both Oblate and Prolate drops to the wall, are the results. Increasing the electric capillary number reduces the time of attraction for both drops. For Oblate and Prolate drops with similar flows, higher electric capillary number causes distortion of drop surface near the wall. For another type of Prolate drops, increasing the electric capillary number eventuates to more distance between drop center and the wall.